袁 寧

管殼式換熱器大型化發(fā)展對中小型制造廠的影響

袁 寧

（大連仁海重工有限公司， 遼寧 大連 116041）

隨著社會經濟的發(fā)展以及科學技術水平的提高，國內管殼式換熱器設計制造逐漸朝著大型化發(fā)展，本文從制造角度詳細分析了管殼式換熱器大型化對于制造廠各個方面的影響。

管殼式換熱器大型化； 中小型制造廠；設計和制造

隨著社會經濟的發(fā)展以及科學技術水平的提高，國內換熱器設計制造不斷吸收國外先進技術和制造工藝，甚至在某些方面達到世界先進水平。而國內化工領域對管殼式換熱器的需求也越來越大，管殼式換熱器設計的多元化也日新月異。對于石化企業(yè)來說，本土化的先進換熱技術、媲美進口質量卻只有國產價格的設備是他們樂于看到的結果。所以國內有條件的石化制造商，紛紛上馬新型、大型換熱器。雖然市場的需求變大對于換熱器制造廠來說是好消息。但是換熱器的大型化對國內換熱器的中小型制造廠來說，卻不容樂觀。

1 殼體制造過程易產生的問題與控制方法

大型換熱器的設計不管是從長度還是公稱直徑都有越來越大的趨勢，隨著換熱器的直徑與長度的不斷增加，對于制造方面來說難度也變得越來越大，相對應的規(guī)范標準也從舊版GB151-1999《管殼式換熱器》中的管殼式換熱器公稱直徑不大于2 600 mm，擴大至新版GB/T151-2014《熱交換器》中的管殼式換熱器的公稱直徑不大于4 000 mm。

在制作過程中，換熱器公稱直徑過大會造成筒體卷制時圓度不夠，需要反復多次在卷板機上校圓，而設計為了能在大直徑下保持筒體的剛性，會對筒體的厚度進行加厚，根據(jù)新版GB/T151-2014《熱交換器》標準中的規(guī)定，中小型制造廠在卷制筒體所允許的誤差當公稱直徑DN＞2 000～2 600 mm時，最大內徑與最小內徑差允許在12 mm以內；而當公稱直徑DN＞3 200～4 000 mm時，最大內徑與最小內徑差允許在16 mm以內[1]。公稱直徑增加了1.5～2倍，但是所允許的誤差范圍僅放寬了4 mm。這說明換熱器的公稱直徑越大，所制造精度的相對要求也就越高。所以在筒體卷制與校圓過程中對操作者與中小型制造廠的設備就提出了更嚴格的要求。如果筒體過長，會因卷制筒體的鋼板面幅問題不得不進行多段拼接，拼接環(huán)封越多，所造成的焊接變形、組對誤差、包括錯邊量在內都會明顯增加。這就需要中小型制造廠須要針對這種大直徑、長筒體的制造過程制定特殊的制造工藝以及質量控制，否則這些筒體容易的出現(xiàn)問題都會影響后續(xù)管束裝配工作難度，而且增加了制造周期。

2 換熱管訂貨的困難與相應對策

換熱管方面，首先是訂貨的困難。直管超過12 m、U型換熱管超過9 m時，在周邊附近的經銷商就很難采購的到了，只能去鋼廠按要求訂制。而這種超長特殊的換熱管不管是運輸還是生產周期，都會拖長訂貨周期的。如果按標準允許的情況對換熱管進行拼接制作的話，那么相對應的加工坡口、焊接、耐壓試驗、無損檢測等一系列后續(xù)工作，都會對制造成本和生產周期造成巨大影響，況且拼接的換熱管很難保證鋼廠軋制出來的整根換熱管的直線度，也會對后續(xù)管束穿管工作造成一定的影響。所以在這方面，中小型制造廠需要考察市場，培養(yǎng)成熟、固定的合格供方，以滿足自己對于這種非常規(guī)換熱管的需求。

3 管板制造需要注意的重點

對于管板而言，大直徑的管板對立車、鏜銑床以及鉆床等加工設備的能力和加工精度上都要求很高。特別是數(shù)控鉆床，在3 500 mm左右直徑的管板上，Φ38的換熱管管孔數(shù)量就達五千以上，而常用的Φ25管用換熱管孔數(shù)量更是達到了上萬個。大厚度管板背面孔橋寬度的精度要比普通厚度的管板更難以保證。所以在加工周期和加工精度上都是一項挑戰(zhàn)。大直徑大厚度的管板鍛制也是一項難點，對保證鍛件的內部質量的要求很高，對鍛造設備也有一定要求。所以中小型制造廠應當淘汰舊設備，選用合理的高精度、高效率的機床以及配套刀具等。

4 管束制造的低效率與相應對策

大直徑超長的管束在制造上也存在很多難點。折流板直徑超過2 500 mm時，基本都需要進行拼接制作，而拼接的折流板在焊接變形、焊后校型方面存在很多應力隱患，很容易因鉆孔之后產生平面度矯曲變形而導致管孔位置或形狀變形，因而使得管束穿管工作變的十分困難。這方面可以采用數(shù)控激光切割機制作方式來緩解，目前國內的數(shù)控激光切割機最高可以切割30 mm的鋼板，完全可以滿足折流板的切割工作。激光切割后的斷面粗糙度可達Ra12.5以上，精度方面可以控制在±0.05 mm。又因為激光作用時間短，周邊的熱影響區(qū)也很小，約在0.08～0.1 mm，所以對于折流板在切割過程中產生的變形就小很多。使用數(shù)控激光切割機切割折流板可以在下料的同時就將管孔切割好。從而緩解了制造周期內對于鉆床的工作壓力，也同時縮短了折流板的制造周期，提高了生產效率。

在公稱直徑3 500 mm左右，換熱管長度6 000 mm的管束，其重量已達百噸。這種大重量管束自重也會對直線度產生影響，而在裝配時吊裝管束對制造單位的起重能力要求也是很高的，配備足夠起重能力的設備是必須的，而相應的為了防止吊裝變形，起吊的工裝以及吊裝時的方法也需要中小型制造廠有相應的針對工藝。

5 工裝卡具的管理對于產品的影響以及焊接對于產品的重要性

對于浮頭式換熱器以及浮頭式管束這種需要工裝才能進行耐壓試驗的換熱器及部件來說，耐壓試驗時所使用的工裝為了保證試驗壓力以及工裝剛性，必須要按照計算的厚度來制作，越大的換熱器所需要的耐壓工裝也越大，中小型制造廠投入的成本也越高昂，所以每一個耐壓試驗工裝都需要登記造冊，?；顚Ｓ?，妥善管理。大型換熱器的管孔數(shù)量很多，所產生的換熱管與管板的焊接接頭也就很多，雖然單個的換熱管與管板焊接量很小，但是數(shù)量很龐大。這種在管板單側的施焊量極易造成管板變形。而一旦因此導致密封面的變形就會使管板把合面出現(xiàn)泄露。所以對于管頭的焊接工藝要求和焊接操作者都需要格外謹慎對待，工藝人員需要在這方面額外考慮到焊量大導致變形的問題，出具合理的焊接工藝，必要時需要更新先進的焊接設備。而焊接操作者需要嚴格按照焊接工藝執(zhí)行操作，在施工當中出現(xiàn)問題應及時與工藝部門溝通，采取措施盡量減小焊接應力以避免出現(xiàn)管板變形。

6 現(xiàn)場安裝與維護的困難

這種大型換熱器來說，運輸、現(xiàn)場吊裝以及開車之后的維護保養(yǎng)，甚至組織備件的成本都會遠遠高于2臺并聯(lián)的較小換熱器。在管束使用壽命到期之后的更換管束工作也會對業(yè)主造成困擾。動輒百噸的管束所需要的起重機在已經建好的化工企業(yè)內，恐怕很難施展開來?，F(xiàn)場拆裝管束代價高昂。而整體拆卸發(fā)運至中小型制造廠進行更換的成本更是令人咋舌。這么大重量的換熱器對設備基礎也是項考驗，特別是滑動鞍座部分，需要重新設計專用的滑動鞍座，如果按照常規(guī)滑動鞍座來設計的話，那伸縮時的滑動效果會大打折扣。

7 總結

以上的種種問題都對換熱器中小型制造廠提出了新的考驗。更多的人力成本，更多的設備投入，更復雜的過程把控。對于中小型制造廠來說這都是很大的挑戰(zhàn)。軟件方面，需要中小型制造廠針對這種大型換熱器的制造過程制定切實有效的質量控制手段。不能按照常規(guī)型號的換熱器來對待。在現(xiàn)場施工的操作者進行再培訓也是必要的，讓操作者在對待大型換熱器時，有一定的謹慎感，能有效提升每道工序的質量。在工序間的檢驗也要比常規(guī)型號換熱器更嚴格，任何微小的問題、誤差到最后都會累計成很難甚至無法解決的質量問題。硬件方面，中小型制造廠需要投入大量資金，添加和升級現(xiàn)有的設備、刀具以及增加現(xiàn)有的設備數(shù)量。在新設備面前還需要培訓相關的操作人員等等。這些都造成了制造成本的增加，勢必會造成最終價格的上浮。而這對于化工企業(yè)來說也是增加了建設成本，以至于最終中小型制造廠沒拿到相應的利潤，化工企業(yè)也沒省下多少資金，造成這種雙損的局面。

所以我們不禁要想，這么大的管殼式換熱器對于化工企業(yè)來說真的有必要么？1臺公稱直徑3 500 mm換熱器的換熱量，2臺并聯(lián)2000的換熱器就可以達到。1臺3 500 mm換熱器要遠遠大于兩臺并聯(lián)的2 500 mm換熱器的制造周期。因為在制造過程中，中小型制造廠可以2臺同時開工雙線制造，如果只有1臺3 500 mm換熱器的話，就只能單線制造了。對于現(xiàn)在化工裝備制造業(yè)來說，制造周期是很重要的條件。很多項目的化工裝備的制造周期是要服從現(xiàn)場的制造進度。如果化工裝備制造進度出問題就會出現(xiàn)地基什么的都做好了，而你的換熱器等化工裝備還沒生產好，而就因為缺少這一個或者幾個產品，導致后期的所有的進度都無法進行下去，現(xiàn)場只能停工，從而對整體竣工日期造成影響。

至此，管殼式換熱器的發(fā)展不能只求巨大化，也應該從設計創(chuàng)新上來擴大相對換熱面積。合理的選用適合自己企業(yè)的設備從而讓中小型化工裝備制造廠與化工企業(yè)實現(xiàn)雙贏，這才應該是管殼式換熱器的科學發(fā)展道路。

［1］張延豐. 熱交換器. GB/T151-2014［S］. 中國標準出版社.

Impact of Scaling-up Development Trend of Shell and Tube Heat Exchanger on Small and Medium-sized Manufacturers

（Dalian Renhai Heavy Industry Co., Ltd., Liaoning Dalian 116041, China）

With the development of social economy and the improvement of science and technology, design and manufacture of the exchanger have become large-scaling in China. In this paper, impact of scaling-up development trend of shell and tube heat exchangeron small and medium-sized manufacturers was analyzed.

scaling-up of shell and tube heat exchanger; small and medium-sized manufacturer;design and manufacture

2016-11-15

袁寧（1981-），男，助理工程師，遼寧省大連市人，2003年畢業(yè)于海軍職工大學熱能動力工程專業(yè)，研究方向：從事化工設備制造技術工作。

TQ 052

A

1004-0935（2017）01-0071-03